摩托車曲軸箱油道孔鉆鉸加工專用夾具設計

1、第 5 期2013 年 5 月組 合 機 床 與 自 動 化 加 工 技 術(shù)modular machine tool automatic manufacturing techniqueno 5may 2013文章編號: 1001 2265( 2013) 05 0114 03收稿日期: 2012 09 21* 基金項目: 重慶市巴南區(qū)科委與重慶理工大學合作的科技專項項目資助( 2012q123)作者簡介: 趙勇( 1988) ， 男， 重慶萬州人， 重慶理工大學碩士研究生， 研究方向為先進制造技術(shù)及裝備， ( e mail) zyong1311 163 com; 通訊作者: 羅靜( 1974)

2、， 女， 重慶九龍坡人， 重慶理工大學汽車零部件先進制造技術(shù)教育部重點實驗室副教授， 研究方向為集成制造技術(shù)及裝備， ( e mail) luojing cqut edu cn。摩托車曲軸箱油道孔鉆鉸加工專用夾具設計*趙勇， 羅靜， 龔文均， 肖鐵忠， 詹捷( 重慶理工大學 汽車零部件先進制造技術(shù)教育部重點實驗室， 重慶400054)摘要: 右曲軸箱是摩托車上的一個重要零件， 其加工質(zhì)量的好壞直接影響發(fā)動機性能和整車質(zhì)量， 該零件的油道孔加工要求較高。針對某右曲軸箱加工油道孔比較困難， 文章分析了曲軸箱的結(jié)構(gòu)特點及加工工藝， 設計出簡單易用的鉆、 鉸復合加工專用夾具。介紹了該夾具的結(jié)構(gòu)及工作原

3、理、 夾具的特點及夾緊力， 采用此夾具加工右曲軸提高了生產(chǎn)效率， 同時也節(jié)約了生產(chǎn)成本。關鍵詞: 曲軸箱; 復合加工; 專用夾具中圖分類號: th112; tg75文獻標識碼: bspecial fixture design for machining of drilling and reaming onthe oil passage hole of motorcycle crankcasezhao yong，luo jing，gong wen- jun，xiao tie- zhong，zhan jie( key laboratory of automobile parts of adranc

4、ed manufacturing，technology of ministry of education，chongqing university of technology，chongqing 400054，china)abstract:ther right crankcase is an important part of the motorcycle， the quality direct influence engineperformance and vehicle quality， and the processing requirements of the oil duct hol

5、e is higher aiming atthe difficulty of the processing of the oil path in some crankcase，this thesis analyzes the structural char-acteristics and processing technology of crankcases then a simple and easy- to- use special fixture forcombined machining of drilling and hinge is designed this thesis als

6、o introduces the structure，workingprinciples，characteristics and the calculation of the clamping force of the fixture，which has greatly im-proved the production efficiency and saved costkey words:crankcases;combined machining;special fixture0引言曲軸箱是一個結(jié)構(gòu)復雜的薄壁腔體件， 加工要求高， 加工批量大， 需采用高效專用設備、 通用設備和專用夾具加工1

7、。曲軸箱周邊布有多個油道孔，加工部位多， 大批量生產(chǎn)加工中， 設計專用夾具能極大地提高生產(chǎn)效率、 降低生產(chǎn)成本， 本夾具即是針對某摩托車曲軸箱側(cè)面多孔一次裝夾完成鉆鉸加工而設計的。1專用夾具的設計1. 1曲軸箱的工藝分析曲軸箱工藝分析如圖 1 所示。曲軸箱油道孔與油道堵孔形成階梯孔， 加工工藝采用鉆鉸形式， 先鉆孔加工到油孔貫通， 然后用鉸刀精加工油道堵孔， 工件需要保證油道孔最終的尺寸。為了保證各油道孔的孔徑及孔位精度， 工件采取一次裝夾、 多孔同時加工， 孔深用刀具的長度來保證， 孔徑用刀具尺寸來保證， 孔位用主軸箱體孔位來保證2- 3 。圖 1曲軸箱工藝分析圖1. 2夾具的定位與夾緊方案

8、分析曲軸箱的結(jié)構(gòu)， 夾具的定位與夾緊方案如圖2 所示。根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點及工件已加工的表面和孔， 定位方式采用一面兩銷。選擇曲軸箱與曲軸箱蓋的已加工箱蓋連接面( 平面 a) 作為定位面， 定位面上兩個已加工直徑為8mm 的箱蓋定位銷孔作為定位孔，由于定位孔徑較小， 為了保證加工部位的準確定位， 采用浮動定位銷定位， 兩個定位銷孔中心距足夠大， 對曲軸箱油道孔加工質(zhì)量有足夠的保證 4- 5 。在確定了工件的定位方式后， 需要全面的考慮裝夾方式以及夾緊方案。由于曲軸箱是薄壁腔體件， 箱內(nèi)有加強筋和隔板， 其剛性較高， 而工件批量大， 宜采用氣動夾緊方式。夾緊力的作用點選擇在對工件變形影響小、 剛性

9、好且盡量靠近被加工表面的地方， 因此夾緊部位選擇在曲軸箱軸承孔的凸臺上 6 。圖 2曲軸箱定位夾緊圖1. 3夾具的結(jié)構(gòu)及工作原理專用夾具結(jié)構(gòu)如圖3 所示， 它主要由夾具體、 滑動立柱( 多個組件構(gòu)成) 、 夾具底板、 氣缸、 鉆模組件、 支撐桿件、 定位夾緊裝置等組成。夾具體 1 連接著三個相同的滑動立柱， 氣缸 13 帶動浮動定位軸 18 上下移動， 夾具底板與浮動定位軸由配合的錐面、 球面墊圈連接， 夾具底板上兩個支撐墊 3 及浮動定位套 8 對曲軸箱進行支撐定位， 浮動定位套里安裝浮動定位銷 7， 浮動定位銷對工件進行孔定位。氣缸 11 帶動支撐桿 5上下移動， 支撐桿帶動鎖緊馬崽4 旋

10、轉(zhuǎn)壓緊、 松開工件。1 夾具體 2 鉆模組件 3 支撐墊 4 鎖緊馬崽 5 活動支撐桿 6 固定支撐桿 7 浮動定位銷 8 浮動定位套 9 壓縮彈簧 10 夾具底板 11 夾緊氣缸 12 氣缸加長桿13 舉升氣缸 14 浮動定位銷套 15 六角螺母 16 緊定螺釘 17 擋銷套 18 浮動定位軸 19 定位套圖 3機床夾具結(jié)構(gòu)圖夾具的工作原理是夾具和工件安裝在工作臺上， 按預定的工作循環(huán)， 作間歇的上下移動， 依次在鉆、 鉸工位上， 對工件進行加工。夾具的具體操作如下: 工件按既定定位方式安裝后， 氣缸 11 帶動活動支撐桿向下移動， 鎖緊馬崽向下壓緊工件; 進行鉆削加工， 鉆削加工完成后，

11、退出刀具， 氣缸 13 帶動夾具與工件向上移動 60cm， 然后對工件進行鉸削加工; 加工結(jié)束后， 氣缸帶動活動支撐桿向上， 鎖緊馬崽向上旋轉(zhuǎn)松開工件， 然后進入下一個工作循環(huán)。1. 4夾具的結(jié)構(gòu)特點工件在機床上是雙工位加工， 工位之間的轉(zhuǎn)換可以依靠夾具來實現(xiàn)。工位轉(zhuǎn)換原理如下: 利用夾具的上下移動來改變工位， 實現(xiàn)機床對工件的鉆、 鉸加工。工件被安裝夾緊后， 對工件進行鉆孔， 鉆孔完成后刀具退出， 然后在舉升氣缸作用力下， 浮動定位軸推動夾具及工件向上升 60 ， 然后對工件進行鉸削加工。夾具行程通常通過控制氣缸行程來實現(xiàn)， 本夾具通過控制滑動立柱的行程來控制。因為氣缸要精確定位依存自身難度

12、很大， 通常會考慮外部機械與電控的結(jié)合， 而滑動立柱來控制夾具行程相對來說就簡單很多， 只需在滑動立柱行程的極限位置設計機械限位結(jié)構(gòu)。在夾具的機械定位中， 機械定位組件之間會有碰撞， 碰撞會加快夾具的破壞與減小夾具的使用壽命， 所以很有必要在滑動立柱的行程極限設置一個緩沖裝置 ( 如圖 3b 和圖 3c) 。本夾具中舉升氣缸的行程比夾具底板的升降行程略大， 這樣就避免或減輕了活塞對缸蓋的撞擊， 從而氣缸不需要專門的緩沖裝置。夾具底板向上到接近行程極限時， 利用緩沖柱塞將氣孔堵死， 定位銷夾具體與定位套形成密閉空間， 里面的氣體被壓縮， 經(jīng)由節(jié)流閥緩慢流出， 被壓縮的氣體起到緩沖作用。同理夾具底

13、板向下運動接近行程末端時， 限位墊圈與浮動定位軸之間形成了一個密閉空間， 空間里的氣體繼續(xù)被壓縮， 經(jīng)由節(jié)流閥緩慢流出， 被壓縮的氣體就起到緩沖作用， 從而形成了一個有效、 簡易的緩沖裝置， 起到緩沖作用。夾具要保證加工的精度， 必須要保證夾具工位之間的行程精度。為了保證工位行程， 選擇舉升氣缸的行程比夾具工位行程大了 2mm，這樣讓夾具工位行程的精度控制增加了難度。為了使氣缸行程與夾具工位行程保持一致， 在這里設計了一個簡易的行程補償裝置， 夾具底板和氣缸加長桿之間用兩對配合的錐面、 球面墊圈連接， 球面墊圈與錐面墊圈的配合使用有自動調(diào)位的作用， 使螺母支承面與氣缸桿垂直，消除氣缸桿受的彎曲

14、力， 從而起到補償作用， 形成了一個補償裝置( 如圖 3a) 。通過以上這些實用、 巧妙的設計， 提高了夾具的定位精度， 滿足了零件的加工要求。5112013 年 5 月趙勇， 等:摩托車曲軸箱油道孔鉆、 鉸加工專用夾具設計2氣動系統(tǒng)的設計氣動夾具是一種先進的快速夾具， 具有夾緊動作迅速、 夾緊力穩(wěn)定、 操作方便， 在加工中采用氣動夾具能充分發(fā)揮設備潛力， 減輕勞動強度， 提高生產(chǎn)效率。氣動系統(tǒng)是氣動夾具的核心， 氣動控制系統(tǒng)原理圖如圖4 所示， 氣動系統(tǒng)包括以下 4 個部分: 氣壓發(fā)生裝置、 控制元件、 執(zhí)行元件及輔助元件。系統(tǒng)中采用手拉式換向閥控制氣缸動作， 操作靈活、 快捷、 可靠 7

15、。圖 4氣動原理圖3夾緊力的計算夾緊力的計算是一個很復雜的問題， 通常只能估算。夾緊力的大小主要影響工件定位的可靠性、工件的夾緊變形以及夾緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸和復雜性， 因此夾緊力的大小應當適中。從夾具結(jié)構(gòu)圖可以看出， 專用機床同時有四個主軸箱對工件加工， 工件主要受到四個不同方向的軸向力， 這四個軸向力產(chǎn)生扭矩由夾具浮動定位銷予以平衡， 合力由工件與夾具底板產(chǎn)生的摩擦力來平衡， 然后通過力矩平衡與力平衡來估算出夾緊力8 。3. 1軸向力的計算工件材料為鑄鋁合金， 采用高速鋼鉆頭， 采用專業(yè)數(shù)控機床鉆、 鉸加工， 鉆削加工余量大， 鉆削時軸向力較大， 所以在計算軸向力以鉆削時為準8 。根據(jù) 機械加

16、工工藝師手冊 ， 鉆孔的切削速度的計算公式為:v =cvdzv0tmaxvpfyvkv式中: d 孔徑， mm; d1 d4分別為: 4. 8mm，3mm， 5. 8mm， 6. 8mm; f 進 給 量， mm/r，f2=0. 04mm/r，f1= f3= f4=0. 08mm/r查得公式中的系數(shù)及指數(shù)， 根據(jù)實際加工工藝，選擇切削參數(shù)， 代入公式算出四個切削速度:v1=70m/minv2=73. 5m/minv3=76. 4m/minv4=92m/min根據(jù) 機械加工工藝師手冊 ， 鉆孔時的軸向力計算公式為:f = cfdzffyfvnfkf查得式中的系數(shù)及指數(shù)， 代入公式計算出各孔加工的

17、軸向力分別為:f1=84. 9nf2=99. 4nf3=114. 2nf4=27. 9n求出四個軸向力的合力 f =45. 2n9 。3. 2夾緊力的計算如圖 5a 所示， 工件受四個不同方向的軸向力，根據(jù)力平衡、 力矩平衡原則， 要平衡四個力及四力的合力矩， 摩擦力要大于四個軸向力的合力 f， 即摩擦扭矩大于軸向力矩。圖 5工件受力圖根據(jù)工件的受力與力矩平衡來估算夾緊力。本夾具采用鎖緊馬崽夾緊工件， 工件在夾緊力 w、 軸向力 f、 摩擦力 f 及夾具給予的支撐力 n 的作用下受力平衡( 如圖 5b) 所示， 重力忽略不計) ， 合力矩 m 平衡。必須滿足如下條件:w = nf f而 f =

18、 n， 這里取值 0. 2， 將各參數(shù)代入公式，解得:w 226n計算夾緊力時， 考慮到鉆削過程的復雜性和夾具使用的安全性， 需將理論夾緊力乘以安全系數(shù) k，這里安全系數(shù)取 2， 根據(jù)夾緊方案， 算得夾緊力為:2 226 452n在這里我們?nèi)A緊力為 480n， 滿足了夾緊加工要求10 。4結(jié)束語本夾具采用氣動夾緊， 利用夾具的升降來完成工件的鉆、 鉸加工， 夾具結(jié)構(gòu)簡單、 安全可靠、 操作方便， 采用氣動緩沖裝置， 使氣缸活塞運動時夾具運行平穩(wěn)可靠， 一次裝夾完成四孔的雙工位的加工， 加工的工件能達到設計要求， 保證了加工質(zhì)量， 提高了生產(chǎn)效率。 參考文獻 1李青 機床夾具設計j 機械工程與自動化， 2004， 6( 127) : 99 103 2左支柳 摩托車右曲軸箱油道堵頭壓入工藝改進j 現(xiàn)代制造工程， 2004( 2) : 121 122 3廖昌榮， 錢山紅， 唐鍵 90 摩托車右曲軸箱蓋孔系加工專用機床的設計j 組合機床與自動化加工技術(shù)， 1995( 4) : 9 11 4周哲波， 姜志明 機械制造工藝學 m